La realización y medida de las puestas a tierraConceptos básicosLas puestas a tierra se establecen principalmente con objeto de limitar la tensión que, con respecto a tierra, puedan presentar en un momento dado las masas metálicas, asegurar la actuación de las protecciones y eliminar o disminuir el riesgo que supone una avería en los materiales eléctricos utilizados.En este manual llamaremos “tierra” a todas las partes o estructuras conductoras no accesibles o enterradas.Aunque esta definición no está extraída de un reglamento o norma, nos permitirá identificar mejor la tierra y las masas de una instalación.

Definición de las puestas a tierra según la ITC-BT-18La puesta o conexión a tierra es la unión eléctrica directa, sin fusibles ni protección alguna, de una parte del circuito eléctrico o de una parte conductora no perteneciente al mismo mediante una toma de tierra con un electrodo o grupos de electrodos enterrados en el suelo.Mediante la instalación de puesta a tierra se deberá conseguir que en el conjunto de instalaciones, edificios y superficie próxima del terreno no aparezcan diferencias de potencial peligrosas y que, al mismo tiempo, permita el paso a tierra de las corrientes de defecto o las de descarga de origen atmosférico.

Símbolo

Criterios de utilizaciónEl suelo de nuestro planeta que se utiliza como referencia convencional, de potencial “0 voltios”, en determinadas aplicaciones eléctricas y cuya conductibilidad eléctrica es muy variable, conduce (o la utiliza el hombre para conducir) determinadas corrientes eléctricas.Toda corriente que circula por la tierra, ha entrado en ella y saldrá para volver a su fuente.

• Puestas a tierra por razones de protección:Para las medidas de protección en los esquemas TN, TT e IT, ver “Los regímenes de neutro”.Cuando se utilicen dispositivos de protección contra sobreintensidades para la protección contra el choque eléctrico, será preceptiva la incorporación del conductor de protección en la misma canalización que los conductores activos

• en su proximidad inmediata.

Figura 1: situación y trazado del conductor de protección.

• Tomas de tierra y conductores de protección para dispositivos de control de tensión de defecto:

La toma de tierra auxiliar del dispositivo debe ser eléctricamente independiente de todos los elementos metálicos puestos a tierra, tales como elementos de construcciones metálicas, conducciones metálicas, cubiertas metálicas de cables. Esta condición se considera satisfecha si la

toma de tierra auxiliar se instala a una distancia especificada de todo elemento metálico puesto a tierra. v la unión a esta toma de tierra debe estar aislada, con el fin de evitar todo contacto con el conductor de protección o cualquier elemento que pueda estar conectado a él.El conductor de protección no debe estar unido más que a las masas de aquellos equipos eléctricos cuya alimentación pueda ser interrumpida cuando el dispositivo de protección funcione en las condiciones de defecto.

• Puestas a tierra por razones funcionales.Las puestas a tierra por razones funcionales deben ser realizadas de forma que aseguren el funcionamiento correcto del equipo y permitan un funcionamiento correcto y fiable de la instalación.

• Puestas a tierra por razones combinadas de protección y funcionales.Cuando la puesta a tierra sea necesaria a la vez por razones de protección y funcionales, prevalecerán las prescripciones de las medidas de protección.

Aplicaciones:• Repartir por el “electrodo” de suelo las corrientes de los rayos (descarga electrostática

disruptiva atmósfera-suelo).• Conducir por el suelo corrientes inducidas por el rayo entre dos puntos de una línea de

distribución aérea.• En el régimen de neutro TT, la parte de tierra comprendida entre la toma de tierra de la red

de distribución y la de la instalación, hace circular las (bajas) corrientes de fuga o de fallo que pueden producirse en la instalación.

• Las masas de las instalaciones también se conectan a tierra (equipotencialidad tierra/suelo respecto de las masas y estructuras metálicas) para garantizar la protección de las personas (y animales) contra los peligros eléctricos derivados de los contactos indirectos.

Conexiones eléctricas a tierra:• Buena porque ocasionalmente las líneas de conexión a tierra de los pararrayos tienen que

conducir corrientes del orden de 20 a 30 kA hasta un suelo de resistividad muy variable (5 a 10.000 Ω/m) sin degradar demasiado el interface toma-suelo.

• Unica porque, en estas condiciones extremas, al ser la resistencia del suelo muy variable, se producirán diferencias de potencial extremadamente elevadas y destructivas entre las diferentes tomas de tierra. Además la propia instalación, en su funcionamiento normal (corrientes de fuga, de fallos, etc.), produciría perturbaciones inaceptables.

La elección e instalación de los materiales que aseguren la puesta a tierra deben ser tales que:• El valor de la resistencia de puesta a tierra esté conforme con las normas de protección y de

funcionamiento de la instalación y se mantenga de esta forma a lo largo del tiempo, teniendo en cuenta los requisitos generales indicados en el apartado “La protección contra los choques eléctricos”, 2.o Volumen, y los requisitos particulares de las Instrucciones Técnicas aplicables a cada instalación.

• Las corrientes de defecto a tierra y las corrientes de fuga puedan circular sin peligro, particularmente desde el punto de vista de solicitaciones térmicas, mecánicas y eléctricas.

• La solidez o la protección mecánica quede asegurada con independencia de las condiciones estimadas de influencias externas.

• Contemplen los posibles riesgos debidos a la electrólisis que pudieran afectar a otras partes metálicas.

Conexión a tierra de una instalación de un edificio(A) Conexión a tierra de los pararrayos.(B) Red de tierra mallada y enterrada con refuerzo especial en la parte inferior de las conexiones a tierra de los pararrayos.(C) Conexión de tierra de la instalación, conectada a la borna de salida de los PE (o PEN) de la instalación.(D) Mallado de las masas de una parte de la instalación, conectada a las estructuras metálicas o elementos complementarios de mallado (E).

(E) Enlaces equipotenciales entre la conexión a tierra de los pararrayos y el mallado de masa, estructura metálica cercana para evitar cebados (peligro de incendio).

Figura 2: esquema básico de una puesta a tierra.

Partes de una toma de tierraEn la Figura 3 se indican las partes típicas de una instalación de puesta a tierra:

Figura 3. representación esquemática de un circuito de puesta a tierra.

Electrodos:• Para la toma de tierra se puede utilizar electrodos formados por:

Barras, tubos.Pletinas, conductores desnudos.Placas.Anillos o mallas metálicas constituidos por los elementos anteriores o sus combinaciones.Armaduras de hormigón enterradas; con excepción de las armaduras pretensadas.

Otras estructuras enterradas que se demuestre que son apropiadas.

• Los conductores de cobre utilizados como electrodos han de ser de construcción y resistencia eléctrica según la clase 2 de la norma UNE 21.022.

• El tipo y la profundidad de enterramiento de las tomas de tierra deben ser tales que la posible pérdida de humedad del suelo, la presencia del hielo u otros efectos climáticos, no aumenten la resistencia de la toma de tierra por encima del valor previsto. La profundidad nunca será inferior a 0,50 m.

• Los materiales utilizados y la realización de las tomas de tierra deben ser tales que no se vea afectada la resistencia mecánica y eléctrica por efecto de la corrosión de forma que comprometa las características del diseño de la instalación.

• Las canalizaciones metálicas de otros servicios (agua, líquidos o gases inflamables, calefacción central, etc.) no deben ser utilizadas como tomas de tierra por razones de seguridad.

• Las envolventes de plomo y otras envolventes de cables que no sean susceptibles de deterioro debido a una corrosión excesiva, pueden ser utilizadas como tomas de tierra, previa autorización del propietario, tomando las precauciones debidas para que el usuario de la instalación eléctrica sea advertido de los cambios del cable que podría afectar a sus características de puesta a tierra.

Conductores de tierra:• La sección de los conductores de tierra deberá estar conforme con los cálculos

correspondientes de la instalación y las características de los conductores de protección correspondientes a los próximos apartados, y cuando estén enterrados, deberán estar de acuerdo con los valores de la tabla 4.

• La sección no será inferior a la mínima exigida para los conductores de protección.• Durante la ejecución de las uniones entre conductores de tierra y electrodos de tierra debe

extremarse el cuidado para que resulten eléctricamente correctas.• Debe cuidarse, en especial, que las conexiones no dañen ni a los conductores ni a los

electrodos de tierra.

Tabla 4: Secciones mínimas convencionales de los conductores de tierra.

* La protección contra la corrosión puede obtenerse mediante una envolvente

Bornes de puesta a tierra:• En toda instalación de puesta a tierra debe preverse un borne principal de tierra, al cual

deben unirse los conductores siguientes: Los conductores de tierra.Los conductores de protección.Los conductores de unión equipotencial principal.Los conductores de puesta a tierra funcional, si son necesarios.

• Debe preverse sobre los conductores de tierra y en lugar accesible, un dispositivo que permita medir la resistencia de la toma de tierra correspondiente.

Este dispositivo puede estar combinado con el borne especial de tierra, debe ser desmontable necesariamente por medio de un útil, tiene que ser mecánicamente seguro y debe asegurar la continuidad eléctrica.

Conductores de protección:• Los conductores de protección sirven para unir eléctricamente la masas de una instalación a

ciertos elementos con el fin de asegurar la protección contra contactos indirectos.• En el circuito de conexión a tierra, los conductores de protección unirán las masas al

conductor de tierra.• En otros casos reciben igualmente el nombre de conductores de protección, aquellos

conductores que unen las masas:Al neutro de la red.A otras masasA elementos metálicos distintos de las masas.A un relé de protección.

• Para la sección se aplicará lo indicado en la Norma UNE 20.460-5-54 en su apartado 543, equivalente al apartado “Conductores de protección”, del 5.o Volumen. Como ejemplo, para los conductores de protección que estén constituidos por el mismo metal que los conductores de fase o polares, tendrán una sección mínima igual a la fijada en la tabla 5, en función de la sección de los conductores de fase o polares de la instalación.

Tabla 5: secciones mínimas de los conductores de protección

(*) Con un mínimo de:- 2,5 mm2 si los conductores de protección no forman parte de la canalización de alimentación y tienen una protección mecánica.- 4 mm2 si los conductores de protección no forman parte de la canalización de alimentación y no tienen una protección mecánica.

• Si la aplicación de la tabla conduce a valores no normalizados, se han de utilizar conductores que tengan la sección normalizada superior más próxima.

• Los valores de la tabla 5 solo son válidos en el caso de que los conductores de protección hayan sido fabricados del mismo material que los conductores activos; de no ser así, las secciones de los conductores de protección se determinarán de forma que presenten una conductividad equivalente a la que resulta aplicando la tabla 5.

• Cuando la instalación consta de partes de envolventes de conjuntos montadas en fábrica o de canalizaciones prefabricadas con envolvente metálica, en BT estas envolventes pueden ser utilizadas como conductores de protección si satisfacen, simultáneamente, las tres condiciones siguientes:

a) Su continuidad eléctrica debe ser tal que no resulte afectada por deterioros mecánicos, químicos o electroquímicos.b) Su conductibilidad debe ser, como mínimo, igual a la que resulta por la aplicación del presente apartado.c) Deben permitir la conexión de otros conductores de protección en toda derivación predeterminada.

• La cubierta exterior de los cables con aislamiento mineral puede utilizarse como conductor de protección de los circuitos correspondientes si satisfacen simultáneamente las condiciones a) y b) anteriores. Otros conductos (agua, gas u otros tipos) o estructuras metálicas, no pueden utilizarse como conductores de protección (CP o CPN).

• Los conductores de protección deben estar convenientemente protegidos contra deterioros mecánicos, químicos y electroquímicos y contra los esfuerzos electrodinámicos.

• Las conexiones deben ser accesibles para la verificación y ensayos, excepto en el caso de las efectuadas en cajas selladas con material de relleno o en cajas no desmontables con juntas estancas.

• Ningún apartado deberá ser intercalado en el conductor de protección, aunque para los ensayos podrán utilizarse conexiones desmontables mediante útiles adecuados.

Las masas de los equipos a unir con los conductores de protección no deben ser conectadas en serie en un circuito de protección, con excepción de las envolventes montadas en fábrica o canalizaciones prefabricadas anteriormente.

MasasSímbolo:

Definición general de las masasParte conductora de un material eléctrico, susceptible de ser tocada por una persona, que normalmente no está en tensión pero que en caso de defecto de aislamiento puede estarlo.Nota: por razones de seguridad, una masa cuyo potencial sea intencionadamente específico o variable deberá incluir medidas especiales de aislamiento y, llegado el caso, de conexión.

Definición específica para instalaciones eléctricasUna masa es cualquier parte conductora de un aparato, equipo o instalación, accesible al contacto, que en funcionamiento normal no tiene tensión, pero puede tenerla si se produce un fallo.

Ejemplos de masas:• Estructura metálica del edificio (vigas, tuberías...).• Bastidores de máquinas.• Armarios metálicos, fondos de armarios sin pintar.• Canaletas metálicas,• Carcasas de transformador, rack de autómata, etc.

Figura 6: ejemplos de masas.

Masas y seguridad de personas y bienesLa norma fundamental CEI 60.364 UNE 20.460 y los textos nacionales y específicos para determinadas instalaciones, describen las disposiciones constructivas necesarias para alcanzar los niveles de seguridad adecuados.Sea cual sea el régimen de neutro de la instalación, deberán utilizarse conductores de color amarillo-verde, llamados “PE” o “tierras de protección”, de impedancia definida, para conectar las masas a la tierra en el borne principal de tierra, a la entrada de la instalación, de forma que:

• En funcionamiento normal o si se produce una desviación a masa:Las corrientes de derivación peligrosas sean eliminadas (seguridad de los bienes).No pueda aparecer una tensión peligrosa entre dos masas o entre la masa y el suelo o la estructura metálica (seguridad de las personas).

• La seguridad de las instalaciones prevalezca sobre cualquier otro aspecto, lo que significa que ninguna manipulación posterior de las conexiones de las masas deberá implicar:

La desconexión de un cable “PE” (amarillo-verde) de una masa.Un aumento de la impedancia de una conexión “PE”.

Ejecución y cálculoEl electrodo se dimensionará de forma que su resistencia de tierra, en cualquier circunstancia previsible, no sea superior al valor especificado para ella, en cada caso.Este valor de resistencia de tierra será tal que cualquier masa no pueda dar lugar a tensiones de contacto superiores a:

24 V en local o emplazamiento conductor.50 V en los demás casos.

Si las condiciones de la instalación son tales que pueden dar lugar a tensiones de contacto superiores a los valores señalados anteriormente, se asegurará la rápida eliminación de la falta mediante dispositivos de corte adecuados a la corriente de servicio. La resistencia de un electrodo depende de sus dimensiones, de su forma y de la resistividad del terreno en el que se establece.La calidad de una toma de tierra (resistencia, la más pequeña posible) depende esencialmente de dos factores:

• Sus dimensiones y forma de realización.• Naturaleza del suelo, o sea, resistividad del terreno.

Métodos de realizaciónNormal de cálculo.Método Howe adaptado por UNESA.La solución más utilizada para la realización de las tomas de tierra es la del bucle a fondo de las cimentaciones.

La resistencia obtenida (en Ω) es:R = 2 ρ/L

L = longitud del bucle (m).r = resistividad del suelo (Ω/m).

Cálculo:• Bucle en el fondo de las cimentaciones

Esta solución es aconsejable en todas las construcciones nuevas.Consiste en situar bajo el hormigón de las cimentaciones o adosado a los muros exteriores, al menos a un metro de profundidad, un conductor que puede ser de:Cobre, cable de 25 mm2 o una varilla (S ≥ 25 mm2, e ≥ 2 mm).Aluminio con funda de plomo, cable de S ≥ 35 mm2.Acero galvanizado, cable (S ≥ 95 mm2) o varilla (S ≥ 100 mm2, e ≥ 3 mm).

La resistencia obtenida en ohmios es:R = 2 ρ/L

L = longitud del bucle (m).ρ = resistividad del suelo (Ω/m).

Figura 7: bucle en el fondo de las cimentaciones.

PiquetasEsta disposición es generalmente aplicada en edificios existentes, o para mejorar una toma existente.

Para (n) piquetas: R = 1 ρ/nL (Ω)

v La piqueta puede ser:– Cobre. Varilla de Ø ≥ 15 mm.– Acero galvanizado. Varilla de Ø ≥ 15 mm, tubo de diámetro ≥ 25 mm, perfiles superiores a 60 mm de perímetro.Deben tener una longitud ≥ 2 m.Es necesario, normalmente, utilizar varias piquetas.Deben estar separadas, entre sí, de 2 a 3 veces su longitud.

Piquetas unidas en paralelo.

Figura 8: piquetas.

La resistencia resultante es entonces igual a la resistencia unitaria dividida por el número de piquetas.La resistencia obtenida es: R = 1 ρ/nL (Ω)si la distancia entre dos piquetas es > 4 L.

L = longitud de la piqueta (m).ρ = resistividad del suelo (Ω/m).

n = número de piquetas.

PlacasLas placas pueden ser cuadradas o rectangulares, pero como mínimo han de tener 0,5 m de lado.

Con placas verticales:R = 0,8ρ/P (Ω)Deben estar enterradas de forma que el centro de la placa esté como mínimo a un metro de la superficie.v Las placas pueden ser de:

– Cobre de 2 mm de espesor.– Acero galvanizado de 3 mm de espesor.v La resistencia obtenida es: R = 0,8ρ/P (Ω)

P = perímetro de la placa (m).ρ = resistividad del terreno (Ω·m).

Figura 9: placas verticales.

Método Howe adaptado por UNESAEste método establece una correlación entre las tensiones de paso, contacto y la resistencia de puesta a tierra, para cada una de las configuraciones tipo.Para cada configuración nos darán unos “coeficientes”, que multiplicados por la resistividad del terreno (ρ), nos darán el valor de la resistencia de puesta a tierra en (Ω), la tensión de paso en (V) y la tensión de contacto en (V).Las configuraciones consideradas son:

• Configuración cuadrada:– Sin picas.– Con cuatro picas.– Con ocho picas.

• Configuración rectangular:– Sin picas.– Con cuatro picas.– Con ocho picas.

• Configuración lineal con picas:– Soluciones para 2, 3, 4, 6 y 8 picas.– Distancia entre picas fija (4 m).

Tabla 10: tabla de coeficientes para el cálculo de la resistencia de una toma de tierra,de la tensión de paso y de contacto según el método Howe (UNESA).

Alternativas:– Todas ellas con dos alternativas, enterradas a 0,5 o a 0,8 m del nivel del suelo.

Características comunes:– La sección del conductor es de cobre de 50 mm2.– El diámetro de las piquetas es de 14,8 mm.– Alternativas en la longitud de las piquetas, de 2, 4, 6 y 8 m.

Resistencia de puesta a tierra: R (puesta a tierra) = ρ · Kr

Tensión de paso: U (paso) = ρ · KpTensión de contacto: U(contacto) = ρ · Kcρ = resistividad del terreno

El cálculo de la tensión de paso y de contacto es propio de las puestas a tierra de los centros de transformación de MT⁄BT e instalaciones de AT. No obstante, al referirnos al método hemos facilitado todos los coeficientes del mismo.

Ejemplos:1) Tierra en una zona calcárea con una resistividad del terreno de 100 a 300 Ω/m.Para obtener una resistencia de puesta a tierra, R = 5 Ω.

La configuración con una Kr próxima, por defecto, a 0,05 es: 70 – 40/5/48 → Kr = 0,049.

2) Tierra en una zona calcárea con una resistividad del terreno de 500 a 1.000 Ω/m.Para obtener una resistencia de puesta a tierra, R = 5 Ω.Es un terreno un poco difícil, pero no imposible.El coeficiente Kr correspondiente será:

No hay ninguna configuración que llegue a estos valores. La solución es colocar configuraciones en paralelo.

Configuraciónon 70 – 40/5/88 → Kr = 0,040:

Figura 11: posible solución con configuraciones rectangulares.

Conductor de 50 mm2 ➝ 204 m.

Piquetas de 8 m → 56 unidades.

Configuraciónon 8/84 → Kr = 0,0305:

Figura 12: posible solución con configuraciones lineales.

Conductor de 50 mm2 → 288 m.

Piquetas de 4 m → 48 unidades.En una configuración de bucle necesitaríamos para mantener una resistencia de R = 5 Ω:

Conductor de Cu de 25 mm2 400 m.Si extendemos el cable por debajo de las cimentaciones, y tenemos la precaución de unirlo eléctricamente a todos los herrajes del armado de las mismas, mejoraremos la resistencia.En función del movimiento de tierras correspondiente a la obra, cada una tiene una solución económica óptima.

Valores de la resistividad de los terrenos

Tabla 13: tabla de valores de la resistividad de diferentes terrenos.

Especificación del tipo de terreno:Terreno pantanoso: dícese de los terrenos donde hay pantanos, charcos o cenagales.

Cieno: terreno poco coherente, embebida en agua, que forma depósitos en el fondo de los ríos, mares, lagos y sectores húmedos.Humus y/o mantillo:Humus: “tierras vegetales”, la fracción descompuesta de restos orgánicos incorporados al suelo.Mantillo: capa superior del suelo, formada en gran parte por la descomposición de restos orgánicos.

Turba húmeda: carbón combustible negruzco, ligero, esponjoso, producido por materias vegetales más o menos carbonizadas.Arcilla plástica: arcilla empapada con agua en la proporción que le da plasticidad (silicatos de aluminio + óxidos ferrosos).

Marga: roca sedimentaria formada por arcilla cementada por carbonato cálcico.

Marga jurásica: arcilla mezclada con arena, grava y bloques, constituida por la antigua morrena del fondo de un glaciar.

Arena arcillosa: mezclas de arenas y arcillas.

Arenas con silicatos: mezclas de arenas y silicatos.

Suelo pedregoso: terreno cubierto de piedras.

Suelo pedregoso cubierto de hierba.

Calizo de grano grueso: terreno con una proporción elevada de cal (blanda).

Calizo compacto (grano fino): terreno con una proporción elevada de cal (mármol).

Calizo mezclado: no todo el terreno es una parte compacta caliza.

Pizarra: roca sedimentaria silicoalumínica, de grano muy fino, color gris o azulado, que se divide fácilmente en lajas.

Micacita: roca metamórfica que contiene cuarzo, mica y algunos minerales pesados.

Granito y arenisca:Granito: roca eruptiva holocristalina, compuesta esencialmente por cuarzo, feldespatos, mica y esporádicamente algún anfíbol.Arenisca: roca sedimentaria formada por la cimentación de arena.Arenisca adulterada: arenisca mezclada con tierras que no han podido cimentar.

Valores a considerar en los anteproyectos de la resistividad de los terrenosCon el fin de facilitar los anteproyectos se ofrece una valoración de la resistividad, en función de una simple inspección ocular, para poder efectuar una evaluación inicial de la obra, pero en el momento que se ha de realizar un proyecto definitivo deben realizarse las medidas de resistividad necesarias.

Tabla 14: tabla de valores de la resistividad de los terrenos a emplear en anteproyectos.

La resistencia de las tomas de tierra varía en el tiempoDepende de varios factores:

• La humedad del terreno: la influencia de los cambios estacionales hasta una profundidad de 1 a 2 m. A una profundidad de 1 m, la variación de la , y por tanto de la R, puede ser de 1 a 3 entre el invierno y un verano seco.

• El hielo: puede elevar la resistividad de un terreno, al helarlo, en miles de ohmios. Es necesario profundizar las tomas de tierra en las zonas frías.

• El envejecimiento del terreno: el material del entorno de las tomas de tierra puede ser deteriorado por diversos efectos físicos:

Química, si la tierra es alcalina.Galvánica, por efectos de corrientes continuas errantes (ferrocarriles).

• Oxidación: utilizar la soldadura autógena en las soldaduras de unión (piquetas, placas, cables...), puesto que es la más resistente a la oxidación.

Medición de la toma de tierraDebe existir la posibilidad de desconectar la toma de tierra del resto de la instalación y permitir así la medición solamente de la resistencia de la toma de tierra.La medida de la resistencia de la toma de tierra se hace con la ayuda de dos electrodos auxiliares.

Utilización de un amperímetro:

Si la fuente de tensión es siempre la misma, tendremos:

Utilización de un ohmímetro para medición de tierras.Estos aparatos indican directamente el valor de la toma de tierra. También necesitan la utilización de dos electrodos auxiliares.

Figura 15: medida de la toma de tierra con un amperímetro.

Conductores CPN (también denominados PEN)Durante muchos años hemos utilizado la denominación inglesa de los conductores de protección (PE) o (PEN) cuando el conductor de protección y el neutro es el mismo. En el nuevo reglamento la instrucción ITC.BT-18 nos ofrece la traducción al castellano (CP) o (CPN). En esta obra, y debido a la divulgación realizada por los años, seguiremos utilizando la denominación inglesa.

• En el esquema TN, cuando en las instalaciones fijas el conductor de protección tenga una sección al menos igual a 10 mm2, en cobre o aluminio, las funciones de conductor de protección y de conductor neutro pueden ser combinadas, a condición de que la parte de la instalación común no se encuentre protegida por un dispositivo de protección de corriente diferencial residual.

Sin embargo, la sección mínima de un conductor PEN puede ser de 4 mm2, a condición de que el cable sea de cobre y del tipo concéntrico y que las conexiones que aseguran la continuidad estén duplicadas en todos los puntos de conexión sobre el conductor externo.

• El conductor PEN concéntrico debe utilizarse a partir del transformador y debe limitarse a aquellas instalaciones en las que se utilicen accesorios concebidos para este fin.

• El conductor PEN debe estar aislado para la tensión más elevada a la que puede estar sometido, con el fin de evitar las corrientes de fuga.

• El Conductor CPN no tiene necesidad de estar aislado en el interior de los aparatos.• Si a partir de un punto cualquiera de la instalación, el conductor neutro y el conductor de

protección están separados, no estará permitido conectarlos entre sí en la continuación del circuito por detrás de este punto. En el punto de separación, deben preverse bornes o barras separadas para el conductor de protección y para el conductor neutro. El conductor PEN debe estar unido al borne o a la barra prevista para el conductor de protección.

Circuitos de equipotencialidad:• El conductor principal de equipotencialidad debe tener una sección no inferior a la mitad de la

del conductor de protección de sección mayor de la instalación, con un mínimo de 6 mm2. Sin embargo, su sección puede ser reducida a 2,5 mm2, si es de cobre o a la sección equivalente si es de otro material.

• La sección de los conductores de equipotencialidad secundarios, que unen dos masas, no será inferior a la más pequeña de la de los conductores de protección unidos a dichas masas.

• Si el conductor suplementario de equipotencialidad uniera una masa a un elemento conductor, su sección no será inferior a la mitad de la del conductor de protección unido a esta masa.

Este conductor, caso de ser necesario, debe satisfacer lo indicado en el apartado “Conductores de protección”.

• La unión de equipotencialidad suplementaria puede estar asegurada, bien por elementos conductores no desmontables, tales como estructuras metálicas no desmontables, bien por conductores suplementarios, o por combinación de los dos.

Tomas de tierra independientesSe considera independiente una toma de tierra respecto a otra, cuando una de las tomas de tierra no alcance, respecto a un punto de potencial cero, una tensión superior a 50 V y cuando por la otra circula la máxima corriente de defecto a tierra prevista.

Separación de las puestas a tierra con respecto a otras puestas a tierra:• Se verificará que las masas puestas a tierra en una instalación de utilización, así como los

conductores de protección asociados a estas masas, o a los relés de protección de masa, no están unidas a la toma de tierra de las masas de un centro de transformación para evitar que, durante la evacuación de un defecto a tierra en el centro de transformación, las masas de la instalación de utilización puedan quedar sometidas a tensiones de contacto peligrosas.

• Si no se hace el control de independencia del apartado anterior, entre la puesta a tierra de las masas de las instalaciones de utilización respecto a la puesta a tierra de protección o masas del centro de transformación, se considera que las tomas a tierra son eléctricamente independientes cuando se cumplen todas y cada una de las condiciones siguientes:

No existe canalización metálica conductora (cubierta metálica de cable no aislada especialmente, canalización de agua, gas, etc.) que una la zona de tierras del centro de transformación con la zona donde se encuentran los aparatos de utilización.La distancia entre las tomas de tierra del centro de transformación y las tomas de tierra, u otros elementos conductores enterrados en los locales de utilización, es al menos igual a 15 metros para terrenos cuya resistividad no sea elevada (< 100 Ω/m). Cuando el terreno es muy mal conductor, la distancia se calculará, aplicando la fórmula:

siendo:D: distancia entre electrodos, en metros.ρ: resistividad media del terreno en ohmios metro.Id: intensidad de defecto a tierra, en amperios, para el lado de alta tensión, que será facilitado por la empresa eléctrica.U: 1.200 V para sistemas de distribución TT, siempre que el tiempo de eliminación del defecto en la instalación de alta tensión sea menor o igual a 5 segundos y 250 V, en caso contrario. Para redes TN, U será inferior a dos veces la tensión de contacto máxima admisible de la instalación definida en el punto 1.1 de la MIE-RAT 13 del Reglamento sobre Condiciones Técnicas y Garantía de Seguridad en Centrales Eléctricas, Subestaciones y Centros de Transformación.

El centro de transformación está situado en un recinto aislado de los locales de utilización o bien, si está contiguo a los locales de utilización o en el interior de los mismos, está establecido de tal manera que sus elementos metálicos no están unidos eléctricamente a los elementos metálicos constructivos de los locales de utilización.

• Sólo se podrán unir la puesta a tierra de la instalación de utilización (edificio) y la puesta a tierra de protección (masas) del centro de transformación, si el valor de la resistencia de puesta a tierra única es lo suficientemente baja para que se cumpla que, en caso de evacuar el máximo valor previsto de la corriente de defecto a tierra (Id) en el centro de transformación, el valor de la tensión de defecto (Ud = Id · Rt) sea menor que la tensión de contacto máxima aplicada, definida en el punto 1.1 de la MIE RAT 13 del Reglamento sobre Condiciones técnicas y Garantía de Seguridad en Centrales Eléctricas, Subestaciones y Centros de Transformación.

En realidad, lo que se pretende es que una tensión parásita, transmitida a través de una corriente de fuga de MT o AT, pueda perforar el aislamiento de una instalación de BT, evaluada en 2 U + 1.000 V, durante un minuto, siendo U la tensión máxima de servicio y con un mínimo de 1.500 V, y crear una corriente de fuga peligrosa para las personas y los materiales.

• En la tabla 16 se recogen las distancias mínimas entre electrodos para intensidades de defecto, comprendidas entre 20 y 1.000 A, y resistividades del terreno entre 20 y 3.000 Ω/m.

• Con esta separación y las condiciones de las tierras de los centros de transformación, no se alcanzará una tensión en el neutro de BT superior a 1.000 V cuando se tenga una corriente de defecto de 1.000 A.

Tabla 16: tabla de distancias de separación de dos tomas de tierra,en función de las corrientes de fuga posibles y de la resistividad del terreno.

Las puestas a tierra y la compatibilidad electromagnéticaTierra y compatibilidad electromagnética

Como hemos visto, la tierra tiene una función muy específica (aunque parcial, ya que además es necesario eliminar los residuos conducidos por las líneas de alimentación de la red del edificio) en lo que se refiere a las descargas de rayos.En cuanto a la mayor parte de los fenómenos de “CEM” (transitorios, corrientes o campos radiados de alta frecuencia “AF”), los conductores de tierra cuya longitud y topología de distribución (conexión estrella, en paralelo, a los conductores activos) presentan impedancias muy elevadas en alta frecuencia “AF”, no tendrán utilidad alguna si no se dispone además de una red de mallado de las masas.

Figura 17: vista general de un sistema de puesta a tierra de un edificio.

Masas y compatibilidad electromagnética

Comportamiento en “BF”Ejemplo: a la frecuencia de la red (50 o 60 Hz).La equipotencialidad de las masas a la frecuencia de la red (50 Hz-60 Hz) está garantizada por la conexión de los hilos amarillo-verde (PE-PEN).

Comportamiento en alta frecuencia “AF”

En el apartado relativo a la tierra hemos visto que ésta tiene una función relativamente limitada en relación con los fenómenos de “CEM”.Por el contrario, las masas situadas muy cerca de los aparatos electrónicos cumplen la función de “plano” o red de referencia para los fenómenos de alta frecuencia “AF” (así como algunos aspectos de la frecuencia de 50/60 Hz), siempre y cuando se resuelva antes del problema de su equipotencialidad.En efecto, la interconexión de las masas por medio de conductores de protección, conectados en estrella, presentan impedancias muy altas en “AF”, entre los puntos a veces cercanos. Por otra parte, las corrientes de fallo elevadas generan diferencias de potencial entre dos puntos y, además (régimen TN-C), por el conductor PEN circulan permanentemente corrientes elevadas.Parece, pues, necesario (sin menospreciar la función de los PE), hacer el mayor número posible de interconexiones complementarias (cables de color distinto al amarillo-verde), con cables de sección en ningún caso inferior a la sección menor de los PE conectados a las masas consideradas. Estas conexiones deberán hacerse progresivamente entre las masas de los equipos, las canalizaciones de cables, las estructuras metálicas existentes o que vayan añadiendo, etc.Será necesario conectar directamente a ellas las pantallas, blindajes, salidas de modo común de los dispositivos de filtrado, etc.De esta forma, se constituirá una red equipotencial de masa de mallas finas de acuerdo con las exigencias de “CEM”.En algunos casos excepcionales (corrientes inducidas a la frecuencia de la red, diferencias de potencial, etc.), será necesario efectuar la conexión a la red de masa de la forma adecuada (ejemplo: montando condensadores “AT”/ “BT” en un extremo, etc.).

Figura 18: ejemplo de creación de capacidades parásitas, entre los circuitos activos y las masas.

Corriente de fuga de la instalaciónPor su proximidad con los circuitos eléctricos de la instalación, las masas forman con estos circuitos capacidades parásitas que generan la circulación de corrientes no deseadas, a través de los equipos y las masas.En algunos casos, el resultado es que las instalaciones funcionan mal (disparo de las protecciones diferenciales).Para conectar las masas deben utilizarse métodos adecuados para baja frecuencia “BF” (seguridad de las personas) y alta frecuencia “AF” (buena “CEM”).La conexión solamente será eficaz desde un punto de vista técnico y económico:

• si el problema se tiene en cuenta durante el diseño,• si se sabe cómo montar la parte “AF” de una instalación.

Bucles entre masasUn bucle entre masas es la superficie comprendida entre dos cables de masa.

Figura 19: esquema indicativo de los bucles de masa.

Los bucles entre masas son el resultado de un mallado sistemático y riguroso que permite garantizar la equipotencialidad de un centro.Es necesario reducir la superficie de cada bucle multiplicando las conexiones entre todas las masas.

Bucles de masaUn bucle de masa es la superficie comprendida entre un cable funcional (cables de alimentación, de control, red de comunicación...) y el conductor o la masa mecánica más cercana.Debemos reducir las superficies de los bucles de masa.

Figura 20: trazado de red de interconexión de masas no correcto.

Figura 21: trazado de red de interconexión de masas correcto.

Hay tantos bucles de masa como cables funcionales.Es imprescindible reducir la superficie de los bucles de masa haciendo pasar los cables funcionales, en toda su longitud, lo más cerca posible de las masas.Los bucles de masa son la principal fuente de problemas de “CEM”.Las perturbaciones radiadas se acoplan a través de ellos con mucha facilidad.Evitar la conexión estrella de las masas a la tierra

Figura 22: cómo conseguir una buena equipotencialidad para las perturbaciones de “AF”.

Es imprescindible no conectar en estrella las masas a la tierra.Solamente haciendo un mallado sistemático y riguroso de las masas entre sí, es posible conseguir una buena equipotencialidad de alta frecuencia “AF” en la instalación.

Comportamiento del cable de conexión de protección (hilo amarillo-verde) PE-PENEn las instalaciones antiguas, realizadas sin tener en cuenta los fenómenos de “AF”, la longitud de los conductores amarillo-verde (PE-PEN) es tal (L > 1 a 2 m) que:

• Contribuye con eficacia a la equipotencialidad de “BF” (50 Hz-60 Hz) de la instalación y, por tanto, a la seguridad de las personas y de los bienes (CEI 364).

• No influyen prácticamente en la equipotencialidad de “AF” de la instalación y, por tanto, en la “CEM”.

Interconexión de las masasSi el cable de masa es demasiado largo (L > 10/F (MHz)) la instalación queda “flotante”, aparecen diferencias de potencial entre los dispositivos y se produce la circulación de corrientes no deseadas.Para conseguir la equipotencialidad “AF”, es imprescindible hacer un mallado sistemático y riguroso de todas las masas.